洙浴水库大坝运行现状及渗流复核计算分析

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(陕西省宝鸡市地下水管理监测中心，陕西 宝鸡 721001)

1 流域概况

洙浴水库位于陕西省宝鸡高新技术开发区马营镇洙浴村西南，处渭河右岸一级支流西沙河中上游，属秦岭北麓的残塬沟壑区，为一平原沟道水库。距马营镇约4 km，在宝鸡市十里铺正南。西沙河发源于秦岭山脉的鸡峰山，山峰海拔高程2 014 m。河道流经宝鸡高新技术开发区马营镇燃灯寺、洙浴、下沟、东星和明星5个行政村，在马营镇洙浴村出峪口，宝鸡中学东侧注入渭河。河道长度9.57 km，河道平均比降45.2‰，流域总面积6.8 km2，多年平均径流量204万 m3。流域内地形南高北低，河道近乎正交于注入渭河。流域西边为茵香河流域，东边为东沙河流域，均属渭河南山小支流。流域面积5.8 km2，坝址以上河槽长4.26 km。

洙浴水库为鸡峰山灌区的配套工程之一，属民办公助工程，水库枢纽1970年11月开工建设，1971年5月建成蓄水，历时7个月。水库枢纽由大坝、溢洪道以及放水塔三大部分组成，原设计总库容25.4万 m3，枢纽工程等级为V等、小(2)型水利工程，大坝等建筑物等级为5级。水库功能为防洪、灌溉。灌溉面积0.3万亩。水库死库容现已淤满。

2 库区运行现状及存在问题

洙浴水库从建成运行到目前已四十多年，在工程运行中存在或出现的问题主要是：

(1) 大坝为均质土坝，坝高18 m，顶宽6.4 m，其中砼路面宽5.0 m，坝顶长120 m。大坝迎水坡为干砌石砌护，因年久，坝面有凹陷，且部分砌石已风化成砂。背水坡局部分凹陷，戗台已成缓坡。背坡近年栽种了杨树，树径10～20 cm，杂草、灌木丛生。未设排水沟，坝面杂草丛生。

(2)大坝溢洪道位于大坝右岸，为宽顶堰，浆砌石结构，最大泄洪能力为28 m3/s。因年久失修，砂浆脱落，砌石裂缝，底板坑凹不平，跨溢洪道交通桥为双孔石拱桥，后在硬化坝顶路面时铺了砼路面。桥面有效过洪宽度不能满足泄洪要求。

(3)放水建筑物为放水塔、放水闸门以及放水洞，位于大坝左岸，闸门为0.45 m×0.60 m。启闭机为建度时配备，为手动机，因平时及时保养，所以还能运行。放水塔身和放水洞完好。但放水闸门锈蚀严重，失去放水功能，塔上部的启闭室和屋顶已破损。

(4)枢纽区未建大坝位移变形、入库流量等观测设施，从建成至今未进行两项观测；坝址区及库区无水文站、雨量站等，不能正常掌握雨情、水情，给大坝安全运行埋下了隐患。

管理站房屋建于建库时，为砖木结构，年久失修，在多年前已拆除，现需要新建管理站房。

水库淤积比较严重，放水塔的进水口已低于坝前淤积面8.0 m，随时都有可能被淤埋。

3 大坝渗流复核计算及稳定分析

大坝为均质土坝，坝高18 m。因年久失修，大坝迎水坡干砌石破坏严重，背水坡雨水冲蚀，坡面不整。

3.1 大坝的渗流复核计算

根据大坝加固处理设计，按设计断面进行大坝渗流计算。

3.1.1 计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)规定，渗流计算应考虑水库运行中出现的各种不利条件，一般需计算下列水位组合情况：

(1)工况一：上游正常水位和下游不利水位

(2)工况二：设计洪水位与下游相应水位

(3)工况三：校核洪水位与下游相应水位

根据水文调洪结果，洙浴水库特征水位为：正常蓄水位647.50 m，水库设计洪水位(P=5%)649.09 m，校核洪水位(P=0.5%)649.90 m。

3.1.2 计算断面及计算参数选取

为了解大坝现状的实际渗流情况，根据地质勘察资料，本次复核选取地勘典型断面进行渗流计算。该断面位于老河床部位，为大坝最大坝高断面，据多年运行情况及现场检查情况，坝脚处无明显渗漏点(区)。因此，选择该断面进行复核计算，可基本反映大坝整体渗流性态。大坝各土层渗透系数按地勘提供参数选取，见表1和图1～图3。

表1 大坝及坝基土层地质参数取值表

3.1.3 计算方法

渗流计算采用北京理正软件设计研究院研发的理正渗流分析软件进行计算。现状及加固后大坝各工况大坝单宽流量和渗流计算结果见表2，

Q=qL

(1)

式中：Q为坝体总渗流量，m3/d；q为坝体单宽渗流量，m3/(d·m)；L为坝体总长，m。

图1 工况一(正常洪水位647.50 m)渗流计算简图

图2 工况二(设计洪水位649.09 m)渗流计算简图

图3 工况三(校核洪水位649.90 m)渗流计算简图

表2 大坝加固后渗流成果表

3.1.4 成果分析

由表2可知，大坝的单宽流量最大为1.34 m3/d·m，水力坡降为0.063，根据《碾压式土石坝设计规范》要求，大坝体出溢点渗透坡降小于土体允许渗透坡降，表明现状大坝在稳定渗流作用下是安全的，不会发生渗流破坏。

3.2 坝体稳定复核

3.2.1 计算工况、计算方法及计算参数的确定

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)的规定，大坝坝坡抗滑稳定计算按以下四种工况进行：

工况一：上游水位为正常蓄水位647.50 m时形成稳定渗流期的下游坡；

工况二：上游水位由正常蓄水位647.50 m降落至死水位时的迎水坡。

工况三：上游水位为校核洪水位649.90 m时形成稳定渗流期的下游坡；

工况四：上游水位由校核洪水位649.90降落至死水位时的迎水坡；

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)，正常蓄水位时下游坡形成稳定渗流情况属正常运用条件，校核洪水位时下游坡形成稳定渗流情况及库水位非常降落工况均属非常运用条件。库水位降落时，考虑最不利工况，即水库大坝出现险情，溢洪道和灌溉隧洞同时满负荷泄洪，而粘土斜墙渗透系数较小，此时按骤降考虑。

3.2.2 计算断面及地质参数的选取

根据洙浴水库大坝的结构情况，大坝坝坡整体抗滑稳定计算断面的选择总体参照渗流所选取的断面。计算断面的土层分区依据地勘报告确定，各土层物理力学参数取值采用地勘建议值或类似工程经验值，见表3。

表3 大坝各土层物理力学参数取值表

3.2.3 计算结果与规范值比较

将洙浴水库大坝抗滑稳定计算结果与规范值进行比较，结果见表4。计算结果表明，在各计算工况下，大坝上、背水坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

表4 大坝抗滑稳定安全系数计算结果表

4 结语

洙浴水库作为宝鸡市的重点水库，已运行了四十余年，存在许多工程隐患和问题，通过对其渗流问题进行分析计算，表明现状大坝在稳定渗流作用下是安全的，不会发生渗流破坏。为大坝后期除险加固和安全运行提供了理论依据。在除险加固完成之后，水库的安全运行将得到了保证，将彻底改变水库带病运行的状况，有力地保证了水库下游人民生命财产的安全。